通信基本原理

1、 第一講第一講 通信基本知識通信基本知識一、 通信系統(tǒng)的組成1. 通信的基本概念 通信：把信息從一地有效地傳遞到另一地的全過程。2. 通信系統(tǒng)模型3. 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.1. 模擬通信系統(tǒng)模型3.2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.3.數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)的性能比較 數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)，噪聲不積累。 數(shù)字系統(tǒng)可采用差錯控制編碼改善傳輸質(zhì)量。 數(shù)字系統(tǒng)中便于做加密處理； 數(shù)字通信系統(tǒng)適合傳輸、交換多種信息。 數(shù)字通信系統(tǒng)便于集成化。 數(shù)字信號占用的頻帶寬。 數(shù)字通信系統(tǒng)對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。二、 通信系統(tǒng)的分類及通信方式1. 通信系統(tǒng)的分類分類：按業(yè)務(wù)類型分類：電話系統(tǒng)

2、、電報系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)。按傳輸媒介分類：有線和無線通信系統(tǒng)。按傳輸信號分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。按復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用。按傳輸系統(tǒng)調(diào)制分類：基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)。2. 通信方式 按傳輸方向與時間分類：單工通信、半雙工通信、 雙工通信。按通信方式分：按通信方式分：單工通信單工通信半雙工通信半雙工通信雙工通信雙工通信數(shù)字信號碼元排列方法分類：串行傳輸、并行傳輸。串行傳輸方式線路成本低，適合于長距離的通信；并行傳輸方法線路成本高，傳輸速率高，適合于短距離的通信。數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)移動交換中心電話交換中心三、 信

3、號、信道與噪聲 1.信號信號：信息的載體，它利用物理量的變化攜帶信息。 信號可以分為確知信號和隨機(jī)信號。確定信號：信號是一個確定的時間函數(shù)。隨機(jī)信號：信號具有不確定性， 信號可以分為周期和非周期信號，連續(xù)時間和離散時間信號，能量信號和功率信號等。頻譜圖：一個信號中振幅、相位隨頻率變化的曲線。 2.信道的定義與分類 2.1.信道：信號的傳輸媒介。分為俠義信道和廣義信道。 俠義信道分為兩類：有線信道和無線信道。 有線信道：明線、對稱電纜、同軸電纜及光纜。 無線信道：地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種散射信道。 廣義信道：信道的范圍擴(kuò)大到傳輸媒質(zhì)之外。2.2. 調(diào)制

4、信道和編碼信道調(diào)制信道：傳輸已調(diào)信號的一個整體。 編碼信道：傳輸數(shù)字信號的一個整體。2.3 恒參信道和變參信道 按信道的參數(shù)分類可分為恒參信道和變參信道。 恒參信道：信道電氣參數(shù)變化速度極緩慢，變化量?。ㄈ珉p絞線、同軸電纜、光纖、長波無線信道）。 產(chǎn)生的失真有兩種：幅度頻率失真和相位頻率失真。它們是損害信號傳輸特性的重要因素，通常采用均衡措施補(bǔ)償。 變參信道：信道電氣參數(shù)隨時間變化較快、變化量較大（如短波信道、超短波信道、微波信道。無線信道）。 變參信道特性復(fù)雜，對信號的影響也嚴(yán)重得多。3.信道噪聲信道噪聲：噪聲和干擾的總稱。 加性噪聲：與有用信號毫無關(guān)系，不管有用信號的有無而獨(dú)立存在的。 乘

5、性噪聲：它與系統(tǒng)的特性有關(guān)，與有用信號相伴而生，是乘法關(guān)系。 隨機(jī)噪聲：噪聲不可預(yù)測，具有隨機(jī)性。信道容量公式香農(nóng)公式 sbitNSBC/)1 (log2 香農(nóng)公式主要討論了信道容量、頻帶寬度和信噪比之間的關(guān)系。 由香農(nóng)公式可得到如下結(jié)論： 在給定B、S/N時，信道的極限傳輸能力C即確 定。 在信道容量C一定時，帶寬B和信噪比SN之間 可以互相調(diào)整。 增加信道帶寬B并不能無限制地增大信道容量。 在給定C和SN的情況下，帶寬B與時間T也可以互 相調(diào)整。 小結(jié)小結(jié)1.通信系統(tǒng)包括信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備、信宿。2.信號是信息的載體，可以分為周期信號和非周期信號，連續(xù)時間信號和離散時間信號，能

6、量信號和功率信號等。3.周期信號的頻譜具有離散性、諧波性和收斂性。非周期信號的頻譜是連續(xù)的頻譜，也具有收斂性。4.信道是信號的傳輸通路。信道的噪聲有加性噪聲和乘性噪聲。5.加性噪聲特點(diǎn)是頻率范圍寬。乘性噪聲是依賴于有用信號存在而存在。6.恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯欠阮l率失真和相位頻率失真。變參信道對信號傳輸?shù)挠绊懹幸话闼ヂ浜皖l率選擇性衰落。7.香農(nóng)公式主要討論了信道容量、頻帶寬度和信噪比之間的關(guān)系，是信息傳輸中非常重要的公式，是目前通信系統(tǒng)設(shè)計和性能分析的理論基礎(chǔ)。第二講第二講 通信系統(tǒng)簡介通信系統(tǒng)簡介一、 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信是以光信號運(yùn)載數(shù)字信息，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介的一種通信

7、方式。1.單向光纖通信系統(tǒng)單向光纖通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖和光接收機(jī)構(gòu)成。光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)統(tǒng)稱為光端機(jī)。電端機(jī)通常是指PCM基群或高次群設(shè)備。1.11.1光纖通信系統(tǒng)各個部分作用光纖通信系統(tǒng)各個部分作用: :PCM電端機(jī) 主要對用戶話音進(jìn)行數(shù)字編碼，組成復(fù)用幀，形成不同等級速率的數(shù)字信號流送至光端機(jī)。光發(fā)送設(shè)備 有源器件把數(shù)字脈沖電信號轉(zhuǎn)換為光信號（E/O變換）后，送到光纖中傳輸。在光接收設(shè)備中設(shè)有光檢測器件，將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電的數(shù)字脈沖信號（O/E變換）。光中繼 光信號經(jīng)過長距離的傳輸后光被衰減，可采用光中繼設(shè)備，將信號再生放大后傳輸。實(shí)用系統(tǒng)是雙向的；PCM電端機(jī)主

8、要對用戶話音進(jìn)行數(shù)字編碼、解碼、復(fù)用、解復(fù)用；光發(fā)送設(shè)備、光接收設(shè)備合程光端機(jī)；二、雙向數(shù)字光纖通信系統(tǒng)二、雙向數(shù)字光纖通信系統(tǒng)1. 光發(fā)送機(jī)組成 光發(fā)送機(jī)主要由均衡放大電路、碼型變換電路、擾碼電路、光發(fā)送電路組成。1.1.光發(fā)送機(jī)各部分作用1.1.1均衡放大電路 PCM電端機(jī)與光發(fā)送機(jī)之間的傳輸電纜的衰減與頻率平方成正比。由于連接電纜對各頻率衰減量的不同，引起輸入口信號的幅度和波形發(fā)生變化，需由均衡放大電路來補(bǔ)償。均衡放大大電路實(shí)際上是利用RC均衡網(wǎng)絡(luò)和放大器補(bǔ)償傳輸電纜對不同頻率產(chǎn)生的衰減和畸變。1.1.2碼型變換電路 光發(fā)送機(jī)輸入接口把來自PCM的HDB3或CMI接口碼變換成單極性碼，以

9、便在光端機(jī)內(nèi)進(jìn)行擾碼、線路編碼和光調(diào)制。1.1.3時鐘提取電路 時鐘提取電路從均衡放大后的PCM碼流中提取時鐘，用于碼型變換、擾碼、線路編碼的時鐘。2f2f2f1.1.4復(fù)用 復(fù)用是指將多個低速率信道和開銷信息合用到一個高速率信道的過程，例如將4個155Mb/s的STM-1系統(tǒng)復(fù)用為一個622Mb/s的STM-4系統(tǒng)。1.1.5擾碼電路 擾碼電路對發(fā)送的信息碼流處理，使碼流中“0”和“1”的數(shù)量大致相等，破壞過長的連“0”和連“1”碼流。經(jīng)擾碼的碼流較好地攜帶時鐘，有利于接收端對時鐘信號的提取，使主從時鐘同步；經(jīng)過擾碼，使光源組件發(fā)光和不發(fā)光的概率大致相等，較好的保護(hù)光源組件。1.1.6光發(fā)送

10、電路 光發(fā)送電路的作用是把電信號變換成光信號，并耦合到光纖中傳輸。1.2. 光發(fā)送機(jī)的光發(fā)送電路1.2.1.光發(fā)送電路的組成 光發(fā)送電路主要包括波形預(yù)處理、光源驅(qū)動、光功率自動控制(APC)、光源工作溫度自動控制(ATC)、光源組件、告警等部分。1.2.2.光源組件 光源組件的作用是產(chǎn)生作為光載波的光信號。光源組件采用LD（激光器）和LED（發(fā)光二極管）。1.2.3.光調(diào)制 電信號變換成光信號稱為光調(diào)制，使光源發(fā)出的光信號按輸入電信號的規(guī)律變化。直接調(diào)制：用電信號直接驅(qū)動光源，使其輸出的光 載波信號強(qiáng)度隨電信號的強(qiáng)度變化。間接調(diào)制：利用晶體的電光、磁光來調(diào)制恒定光源發(fā)出的光。2. 光接收機(jī)2.

11、1.光中繼器2.1.1光電中繼器 2.1.2全光中繼器 3.線路碼型 1光端機(jī)與PCM電端機(jī)接口碼型 2、接口碼型3、光纖線路常用碼型mBnB分組碼脈沖插入碼mB1P碼mB1H碼擾碼三. 光端機(jī)的主要指標(biāo)1光發(fā)送機(jī)的主要指標(biāo) 輸出光功率及穩(wěn)定度光脈沖的消光比調(diào)制特性2、光接收機(jī)的主要指標(biāo) 靈敏度 動態(tài)范圍9.2 電話交換技術(shù)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)用戶電路 用戶集中器遠(yuǎn)端用戶集線器 數(shù)字中繼器 模擬中繼器 信號音發(fā)生器 多頻收/發(fā)碼器 用戶處理機(jī)呼叫處理機(jī) 管理維護(hù)處理機(jī)程控數(shù)字交換機(jī)的基本組成程控數(shù)字交換機(jī)的基本組成9.2.3 時隙交換原理9.2.4 T型接線器 T型接線器：完成時隙交換的網(wǎng)絡(luò)。組成：存

12、儲器SM和控制存儲器CM。功能：完成“時隙交換”。 1 1讀出控制讀出控制T T接線器接線器8 8端輸人端輸人T T型接線器型接線器 8PCM8PCM的復(fù)用的復(fù)用 串并變換原理串并變換原理 S S接線器接線器 9.2.6 9.2.6 數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)1、 TST交換網(wǎng)絡(luò)STSSTS交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò) 9.2.7 信令系統(tǒng) 在交換機(jī)與用戶、交換機(jī)與交換機(jī)間，除傳送話音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送各種專用的控制信令(信號)。交換機(jī)根據(jù)用戶信令和局間信令完成接續(xù)處理，用戶根據(jù)信令提示進(jìn)行操作處理。 按信令的作用區(qū)域劃分，可分為用戶線信令與局間信令，前者在用戶線上傳送，后者在局間中繼線上傳送。

13、如果按信令的功能劃分，則可分為監(jiān)視信令，地址信令與維護(hù)管理信令。n9.3.1 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)nGSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由移動網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)以及移動臺子系統(tǒng)（MS）和操作支持子系統(tǒng)(OSS)四部分組成。如圖924所示。n基站子系統(tǒng)(BSS)在移動臺(MS)和移動網(wǎng)子系統(tǒng)(NSS)之間提供和管理傳輸通路，特別是包括了MS與GSM系統(tǒng)的功能實(shí)體之間的無線接口管理；NSS是整個GSM系統(tǒng)的控制和交換中心，它負(fù)責(zé)所有與移動用戶有關(guān)的呼叫接續(xù)處理、移動性管理、用戶設(shè)備及保密管理等功能，并提供GSM系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡(luò)之間的連接；MS、BSS和NSS組成GSM系統(tǒng)的實(shí)體部分，操作

14、支持子系統(tǒng)(OSS)為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供一種手段用來控制和維護(hù)這些實(shí)際運(yùn)行部分。9.3 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)9.3.1 GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9.3.2 GSM網(wǎng)絡(luò)接口 9.3.3 GSM系統(tǒng)的無線接口 GSM系統(tǒng)的無線接口就是移動臺與基站子系統(tǒng)(BSS)之間的接口，即接口，下面討論無線接口的幾個主要內(nèi)容，包括頻率配置、多址方式、業(yè)務(wù)類型、信道分類、幀結(jié)構(gòu)等 。GSM900、EGSM、DCSl800頻段 GSM無線接口的TDMAFDMA混合多址方式9.3.4 GSM系統(tǒng)的GSM移動臺1.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)它由光發(fā)送設(shè)備、光纖和光接收設(shè)備構(gòu)成。光中繼器功能是補(bǔ)償光能量的損耗，恢復(fù)信號脈沖的形狀。2.數(shù)字程控電話交換機(jī)由話路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成。按信令的作用區(qū)域劃分，可分為用戶線信令與局間信令，前者在用戶線上傳送，后者在局間中繼線上傳送。3.GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)主要由移動網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)、移動臺子系統(tǒng)和操作支持子系統(tǒng)組成。4.GSM蜂窩移動系統(tǒng)采用時分多址、頻分多址和頻分雙工制式。5.SIM卡的功能：用戶個人身份號，移動用戶識別鑒權(quán)，用戶數(shù)據(jù)的加密。小結(jié)小結(jié)思考與練習(xí)1.什么是模擬通信?什么是數(shù)字通信?數(shù)字通信有哪些優(yōu)缺點(diǎn)? 2.模擬通信和數(shù)字通信系統(tǒng)模型中各主要組成部分功能是什么?3.數(shù)